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3 METHODEN

3.13 Generierung einer konditionellen Gp96-knock-out-Maus

Im Rahmen dieser Arbeit sollte der Targetingvektor für eine konditionelle Gp96-knock-out-Maus kloniert werden. Die Strategie für das Targeting und die Klonierung des Vektors wurden in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Thomas Hehlgans aus der Ab-teilung für Pathologie der Universität Regensburg entwickelt.

Das Gp96-Gen der Maus besteht aus 18 Exons und erstreckt sich über einen Bereich von etwa 15 kb (Abb.3.6). Um einen erfolgreichen knock-out zu erzielen, sollte ein möglichst großer Bereich des Gens aus dem Genom der Maus entfernt werden. Dabei durfte das Gen durch die Klonierung und die anschließende homolo-ge Rekombination aber nicht zerstört werden, da bekannt war, dass eine konventio-nelle knock-out-Maus am 5. Tag der Embryonalentwicklung stirbt 243. Erst durch die weitere Kreuzung der genetisch veränderten Maus mit einer die cre-Rekombinase in bestimmten Geweben exprimierenden Maus, sollte das Gp96-Gen im Gewebe aus-geschaltet werden. Das Targeting diente also dazu, zwei cre-Rekombinase-Stellen an geeigneten und genau definierten Stellen in das Maus-Genom einzubringen. Zur Selektion der embryonale Stammzellen (ES)-Zellen auf erfolgreiche homologe Re-kombination wurde eine Neomycin-Resistenz-Kassette in ein Intron des Gens einge-fügt, wobei diese Resistenz nach der Selektion wieder entfernt werden musste, um die Gp96-Expression in der Maus nicht zu beeinflussen. Daher sollte das Neomycin-Gen von frt-Stellen flankiert sein, die einer Flippase als Angriffstellen für eine Entfer-nung des Gens aus dem Genom dienen würden (Abb.3.6).

1

18 Konstrukt

Neo

7 1

cre-Rekombinase frt

lox p

homologe Rekombination

Exons

6 + 7 Exons 8 -17

18 ATG

lox p frt Gp96-Gen

stop

ATG 17

Abb.3.6: Targetingstrategie für eine konditionelle Gp96-knock-out-Maus

Um den Targeting-Vektor zu klonieren, mussten zunächst drei Teile des Maus-Gp96-Gens per PCR amplifiziert werden. Die Teile werden im Folgenden als Fragment I, II und III bezeichnet. Fragment I beginnt nach Exon 18 und erstreckt sich bis zwischen Exons 14 und 13 (2975 bp), direkt daran schließt sich Fragment II an, welches sich bis nach Exon 8 erstreckt (3346 bp) und Fragment III beginnt zwischen Exon 8 und 7 und überspannt die Exons 7 und 6 (1722 bp) (Abb.3.7). Die Fragmente I und II soll-ten später zu einem großen Stück zusammenkloniert werden, welches sich wegen seiner Gesamtgröße von über 6 kb per PCR schwer direkt amplifizieren lassen wür-de. Zwischen dieses große Teilstück und dem Fragment III wird die frt-flankierte Ne-omycin-Resistenz einkloniert (Abb.3.6). An die Fragmente wurden durch die Primer geeignete Restriktionsschnittstellen angefügt (Abb.3.7)

18 1

Sfi I Spe I

Nru I Kpn I

Kpn I Xba I

Fragment II

Fragment I

Fragment III

Abb.3.7: Darstellung der Position der drei PCR-Fragmente für die konditionelle Gp96-knock-out-Maus

Die Primersequenzen für die im Folgenden dargestellten PCR-Reaktionen sind unter 2.4.3 zusammengefasst. Folgende PCR-Bedingungen wurden zur Amplifi-kation der einzelnen Fragmente verwendet:

Fragment I: 2 µl ES-Zell-DNA (200 ng)

0,5 µl Herkulase (Stratagene, La Jolla, CA, USA)

2 µl DMSO (Endkonzentration 4%)

2,5 µl Primer MH up (5 µM) 2,5 µl Primer MH do (5 µM)

1 µl dNTPs (10 mM)

5 µl 10x Puffer

34,5 µl H2O

10 min 94 °C

1 min 94 °C

1 min 50 °C

4 min 72 °C

40x

10 min 72 °C

Ein Teil des PCR-Ansatzes wurde zur Kontrolle auf ein 1%iges Agarose-Gel aufge-tragen. Von dem Rest wurde eine 1:1000-Verdünnung hergestellt und es wurde eine

nested-PCR mit den endgültigen, die Restriktionsschnittstellen enthaltenden Primern, durchgeführt.

2 µl PCR 1:1000 verdünnt

0,5 µl Herkulase (Stratagene, La Jolla, CA, USA)

2 µl DMSO (Endkonzentration 4%)

2,5 µl Primer k.o. Xba fI (5 µM) 2,5 µl Primer k.o. kpn rI (5 µM)

1 µl dNTPs (10 mM)

5 µl 10x Puffer

34,5 µl H2O

10 min 94 °C

1 min 94 °C

1 min 50 °C

4 min 72 °C

25x

10 min 72 °C

Das erhaltene PCR-Produkt von etwa 3 kb wurde auf einem 1%igen Agarose-Gel kontrolliert und mit dem PCR-Purification Kit von Qiagen aufgereinigt.

Um anschließend ein Topo-TA-Cloning durchführen zu können, wurden an das PCR-Fragment A-Nucleotide mit einer Taq-Polymerase (MBI-Fermentas) ange-hängt.

1,2 µl MgCl2 (1,5 mM)

1 µl Taq-Polymerase

2 µl 10x Puffer

1µl dNTPs (10 mM)

9 µl PCR-Fragment I

5,8 µl H2O

Der Ansatz wurde 30 min bei 72 °C inkubiert, anschließend erfolgte die Klonierung in den Vektor des Topo-XL-Cloning Kits von Invitrogen. Das weitere Vorgehen erfolgte wie unter 3.5 und 3.6 dargestellt.

Fragment II: 1 µl ES-Zell-DNA

2,5 µl Primer k.o. kpn fII (2 µM) 2,5 µl Primer k.o. nru rII (2 µM)

1 µl dNTPs (10 mM)

5 µl 10x Puffer

0,5 µl Herkulase (Stratagene, La Jolla, CA, USA)

37,5 µl H2O

2 min 94 °C

30 sek 92 °C

30 sek 60 °C

3,5 min 72 °C

35x

10 min 72 °C

Der gesamte PCR-Ansatz wurde auf ein 0,8% Agarosegel aufgetragen und mittels des QIAEX II Kit (Qiagen, Hilden) aus dem Gel eluiert. Anschließend erfolgte die Klonierung in den ZeroBlunt TOPO-Vektor (Invitrogen) nach Anleitung (siehe 3.5).

Das weitere Vorgehen erfolgte wie unter 3.5 und 3.6 dargestellt.

Fragment III: 1 µl ES-Zell-DNA

2,5 µl Primer k.o. xho fIII (2 µM) 2,5 µl Primer k.o. sfi rIII (2 µM)

1 µl dNTPs (10 mM)

5 µl 10x Puffer

0,5 µl Herkulase (Stratagene, La Jolla, CA, USA)

37,5 µl H2O

2 min 94 °C

30 sek 92 °C

30 sek 50 °C

3,5 min 72 °C

30x

10 min 72 °C

Da nach dieser PCR die Ausbeute noch sehr gering war, wurde 1 µl der PCR in einer erneuten PCR unter den gleichen Bedingungen nochmals amplifiziert. Die Bande von etwa 1700 bp Größe wurde aus einem 0,8%igen Agarose-Gel eluiert. Um anschlie-ßend ein Topo-TCloning durchführen zu können, wurden an das PCR-Fragment A-Nucleotide mit einer Taq-Polymerase (MBI-Fermentas) angehängt.

1,2 µl MgCl2 (1,5 mM)

1 µl Taq-Polymerase

2 µl 10x Puffer

1µl dNTPs (10 mM)

14,8 µl PCR-Fragment III

Der Ansatz wurde 30 min bei 72 °C inkubiert und anschließend erfolgte die Klonie-rung in den Vektor des Topo-XL-Cloning Kits von Invitrogen. Das weitere Vorgehen erfolgte wie unter 3.5 und 3.6 dargestellt.

Neomycin-Resistenz-Kassette:

Die Neomycin-Resistenz-Kassette war in einem Vektor enthalten, den wir von Prof.

Dr. Thomas Hehlgans aus der Pathologie erhalten hatten. Um die für unsere Klonie-rungsstrategie passenden Restriktionsschnittstellen zu erhalten, wurde die Resistenz durch PCR mit Primern, an denen die Schnittstellen Sal I und Xho I angefügt waren, amplifiziert.

0,5 µg Vektor

1 µl Primer lox frt neo frt f (2 µM) 1 µl Primer lox frt neo frt r (2 µM)

5 µl 10x Puffer

10 µl Taq-Polymerase-Mix (Qiagen)

7 µl H2O

15 min 94 °C

30 sek 94 °C

30 sek 50 °C

2,5 min 72 °C

35x

10 min 72 °C

Die erhaltene Bande wurde aus einem 1%igen Agarose-Gel eluiert, in den pCR II–

TOPO -Vektor kloniert und anschließend sequenziert (3.5 und 3.6).

lox p-Element:

Das lox p-Element wurde aus einem durch Prof. Dr. Thomas Hehlgans zur Verfügung gestellten Vektor per PCR gewonnen. Dabei wurden durch die PCR geeignete Re-striktionsschnittstellen (Sal I) zur Klonierung angefügt.

Der Vektor hatte eine Konzentration von 1,2 µg/µl und wurde für die PCR 1:100.000 verdünnt.

1 µl Vektor

1 µl Primer lox p for (5 µM) 1 µl Primer lox p rev (5 µM)

1 µl dNTPs (10 mM)

5 µl 10x Puffer

0,5 µl Herkulase (Stratagene, La Jolla, CA, USA)

40,5 µl H2O

2 min 94 °C

30 sek 92 °C

30 sek 55 °C

1 min 72 °C

30x

10 min 72 °C

Die erhaltene Bande wurde aus einem 1%igen Agarose-Gel eluiert, in den pCR II-TOPO-Vektor kloniert und anschließend sequenziert (3.5 und 3.6).

Nachdem alle Fragmente, die Neomycin-Resistenz und das lox p-Element amplifi-ziert und kloniert waren, sollten die Komponenten in folgender Reihenfolge in den pSL301-Vektor einkloniert werden (Abb.3.8):

1. Klonierung von Fragment III mit Sfi I und Xho I

2. Klonierung der frt-flankierten Neomycin-Resistenz mit Xho I und Sal I 3. Klonierung von Fragment II mit Nru I und Kpn I

4. Klonierung von Fragment I mit Kpn I und Xba I

5. Klonierung des lox p Elements in Fr I mit XhoI bzw. Sal I

pSL+FrIII+Neo+FrII+FrI+lox 13292 bp

Fragment II Fragment III

Fragment I

Fragment I

FRT

FRT Neomycin

loxP

loxP

KpnI (3179)

NruI (6517) SfiI (10267)

SalI (6527) SalI (13256)

XhoI (1344)

XhoI (5260) XhoI (8551)

XbaI (44)

XbaI (6610) XbaI (8225)

XbaI (8530)

Abb.3.8: Targeting-Vektor für die konditionelle Gp96-knock-out-Maus